彈力的大小跟形變的大小有關(guān)系,形變?cè)酱,彈力也越大,形變消失,彈力就隨著消失。對(duì)于拉伸(或壓縮)形變來(lái)說,伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度越大,產(chǎn)生的彈力就越大。彈簧伸長(zhǎng)或縮短的長(zhǎng)度越大,彈力就越大,這是我們從經(jīng)驗(yàn)中都知道的。把一個(gè)物體掛在懸線上,物體越重,把懸線拉得越長(zhǎng)(實(shí)際上還是看不出來(lái)),懸線的拉力也越大。物體發(fā)生彎曲時(shí)產(chǎn)生的形變叫做彎曲形變。對(duì)于彎曲形變來(lái)說,彎曲得越厲害,產(chǎn)生的彈力就越大。把弓拉得越滿,箭就射出得越遠(yuǎn)。把一個(gè)物體放在支持物上,物體越重,支持物彎曲得越厲害,支持力就越大。還有一種叫做扭轉(zhuǎn)形變。在金屬絲的下面掛一個(gè)橫桿,用力扭這個(gè)橫桿,金屬絲就發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變(圖7-12)。放開手,發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變的金屬絲產(chǎn)生的彈力會(huì)把橫桿扭回來(lái)。金屬絲的扭轉(zhuǎn)角度越大,彈力就越大。
甲圖表示用扭橫桿的辦法使金屬絲發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變。乙圖是放大了的未發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變的金屬絲的示意圖。丙圖是放大了的發(fā)生扭轉(zhuǎn)形變的金屬絲的示意圖,θ角可以用來(lái)表示扭轉(zhuǎn)形變的大小。
定量地研究各種形變中彈力和形變的關(guān)系比較復(fù)雜,我們經(jīng)常遇到的是彈簧的拉伸(或壓縮)形變。實(shí)驗(yàn)表明:彈簧彈力的大小F和彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)的長(zhǎng)度x成正比。寫成公式就是
F=kx
其中k是比例常數(shù),叫做彈簧的勁度系數(shù)。勁度系數(shù)是一個(gè)有單位的量。在國(guó)際單位制中,F(xiàn)的單位是牛,x的單位是米,k的單位是牛每米。勁度系數(shù)在數(shù)值上等于彈簧伸長(zhǎng)(或縮短)單位長(zhǎng)度時(shí)的彈力。勁度系數(shù)跟彈簧的長(zhǎng)度、彈簧的材料、彈簧絲的粗細(xì)等都有關(guān)系。彈簧絲粗的硬彈簧比彈簧絲細(xì)的軟彈簧勁度系數(shù)大。對(duì)于直桿和線的拉伸(或壓縮)形變,也有上述正比關(guān)系。這個(gè)規(guī)律是英國(guó)科學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)的,叫做胡克定律。
胡克定律有它的適用范圍。物體的形變過大,超出一定限度,上述正比關(guān)系將不再適用,這時(shí)即使撤去外力,物體也不能完全恢復(fù)原狀。這個(gè)限度叫做彈性限度。胡克定律在彈性限度內(nèi)適用。彈性限度內(nèi)的形變叫做彈性形變。
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